工业控制系统半仿真自动化测试探究

为解决工业控制系统常规手动测试效率低、在线测试不充分的问题。阐述了工业控制系统半仿真自动化测试的原理与架构,设计自动化测试脚本语言、接口模拟器脚本处理程序,提出了新型自动测试系统,实现了自动生成测试脚本、自动运行测试脚本,提高了工业控制系统的测试效率与测试充分性。

基于半仿真实验系统的调谐质量阻尼器等效阻尼力测量

为了研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)在海洋平台冰激振动中的减振效果,提出一种基于半仿真实验系统的TMD等效阻尼力测量方法,利用该系统可以直接测试结构安装TMD装置时产生的作用力。介绍该实验系统的测试原理及等效阻尼力的测量方法,并在正弦位移输入下,对TMD装置进行了测试,比较等效阻尼力的实测值与计算值,结果证明利用该系统可以测量得到TMD的等效阻尼力。

电能表嵌入式软件半仿真测试系统设计

电子式电能表嵌入式软件测试依赖目标机和外部交互设备,运行环境与测试环境相适应问题是嵌入式软件仿真测试的技术难题.在研究了嵌入式软件仿真技术的基础上,提出了一种电子式电能表嵌入式软件半仿真测试的方法,构建了仿真测试环境,以实现对被测系统中嵌入式软件的动态测试.同时,还对其中的计算机仿真系统模拟外部交互设备、仿真测试环境工作模型进行了分析说明,通过对电子式电能表测试,验证该方法能较好地满足电子式电能表嵌入式软件测试.

半实物半仿真多机器人加工检测协作系统设计

针对职业院校实践教学中多机器人生产线资金投入大、不易更新等问题,提出构建一种半实物半仿真多机器人工作站的方法,实现用较低投入建设工业机器人实训室。以汽车指示灯部件加工和检测为案例,在RobotStudio中通过PLC的Smart组件与SIMIT连接,通过Profinet实现PLC与实物机器人、虚拟机器人的通信。加工单元仿真机器人通过Smart组件和机器人信号逻辑配置完成机器人运行控制,检测单元采用实物机器人与欧姆龙相机通过以太网套接字形式进行图像采集和数据处理。在半实物基础上结合仿真,可灵活进行不同控制要求的生产线开发,进行多机器人协调控制及节拍优化,解决硬件资源短缺问题,提升学生实际编程调试能力。

高加速气浮系统的半仿真模型辨识

利用Coplay驱动器、CME2软件、气悬浮运动平台、PMAC运动控制卡以及MATLAB软件组成的半仿真环境,对高加速气悬浮运动平台进行系统模型辨识研究,并对所辨识模型在Simulink中进行仿真,与系统真实阶跃响应在不同信号下的结果进行对比,来验证所识别模型的正确性。结果表明,该方法切实可行,同时该方法具有实时性、可进行大量运算、添加高级算法等优点,为高阶高动态系统的精确控制提供了研究依据。

半仿真实验在电工电子学课程教学中的实践探索

简要分析了传统实验教学的优势和不足,针对教学客观条件的限制,提出半仿真实验与课堂理论教学相结合教学方法,介绍了半仿真实验教学的优点及方法,利用相关软件开发半仿真实验素材库,在课堂教学中灵活应用,取得了较好的教学效果。

制导控制系统半实物仿真总体方案设计及集成联试

半实物仿真作为一个大型分布式仿真系统,其总体方案的设计优劣和集成联试的是否顺利,直接影响了系统性能指标的表现和建设目标的实现。归纳总结了总体方案设计的工作内容,分析了实时性、兼容性、扩展性和安全性的性能要求;给出了包括功能层次、运行机制和结构组成在内的典型半实物仿真系统总体方案;概括了仿真系统的集成联试内容,总结了典型系统的集成联试步骤,给出了系统验收测试的内容和系统可信度评估方法。

风电机组运行动态数字孪生建模及半物理仿真

面向数字孪生技术所提出的精准映射与实时仿真需求,针对大型风电机组复杂非线性运行特性,提出了一种多输入-多输出(multi-input multi-output,MIMO)有限差分域-混合半机理(finite difference domain-hybrid semi-mechanical,FDD-HSM)数字孪生建模方法,建立了含物理控制器的风电机组数字孪生半物理仿真系统。推导机组集成动态MIMO-FDD-HSM模型结构;定义可表征机组运行工况的有限差分回归向量,完成全工况下有限差分空间紧致凸划分、参数模型辨识以及非参数模型训练;联合物理控制器搭建风电机组数字孪生仿真系统,开展硬件在环实时仿真。结果表明:该仿真系统具有高精度、实时逼近能力。

四旋翼无人机滑模-CPCMAC联合控制半物理仿真系统

针对四旋翼无人机强耦合、欠驱动、非线性等特点,以及在实际飞行过程中极易受到干扰的问题,对四旋翼无人机动力学模型进行分析,提出了一种基于联合的四旋翼无人机姿态控制算法,并在此基础上设计了四旋翼无人机半物理仿真系统。首先,针对非线性系统设计滑模控制器,选择跟踪航迹和翻滚角设计位置控制率和姿态控制率。其次,滑模控制器在实际应用中易产生震荡,利用基于信用积分的小脑模型神经网络(CPCMAC)来学习滑模控制的方式。最后,搭建基于LabVIEW的控制站,同Matlab/Simulink进行数据收发控制。仿真结果表明,在跟踪目标相同时,提出的四旋翼无人机滑模-CPCMAC联合控制相比于传统的比例积分微分(PID)控制和积分反步法控制优势明显,能够抑制超调和余差,在快速性和鲁棒性方面都更加优越。同时,构建的四旋翼无人机半物理仿真平台能清晰反馈出无人机参数的变化,应用预留的参数接口和地面控制站,降低了无人机飞控算法的开发难度,提高了开发效率,具有明显的实用价值。

基于“仿真—半实物仿真—实物”三阶段开发流程的DAB变换器实验探索与研究

该文以双有源桥DC-DC变换器为对象,详细分析了变换器在三重移相调制下的两种数学模型,又基于这两种数学模型提出了对应的电感电流优化控制策略,搭建了包含MATLAB/Simulink仿真平台、StarSim半实物仿真平台和实物平台的三阶段实验平台,在平台中通过实验验证了优化控制策略的可行性和有效性。所设计的三阶段开发流程能够加深学生对电力电子领域相关知识的理解,逐步提升学生的理论分析能力、仿真验证能力和实践操作能力。

雷达制导半实物仿真目标速度控制算法优化

针对末制导雷达半实物仿真试验中回波模拟质量问题,分析了时统不一致对回波模拟信噪比的影响,通过改进的中值滤波算法,优化了射频仿真系统中目标速度控制算法,有效消除了重帧、丢帧对回波信号的影响,大大提升了回波信噪比,保证了射频半实物仿真系统仿真结果的可信度。

成像制导导弹试验鉴定半实物仿真系统设计与应用

围绕陆军常规红外成像制导导弹试验鉴定仿真实验需求,对仿真系统进行了特点分析,设计了红外成像制导导弹试验鉴定半实物仿真实验系统。解决了系统通用化设计、异构通讯数据快速迭代开发、高辐射红外干扰双通道耦合仿真、高精度定时与时间同步、复杂战场环境生成等关键技术。通过典型反坦克和直升机机载导弹等试验,进行了应用验证。系统可用于红外成像制导导弹鉴定仿真实验,为武器系统实战化考核、极限边界性能和抗干扰性能试验等提供有力支撑。

一种分布式协同拦截制导方法及半实物仿真验证

针对考虑速度大范围时变的多拦截弹集群协同拦截问题,提出了一种基于距离协同的、可自由配置弹间通信数量的分布式协同制导方法。其中,基于扩张函数将弹目距离协同转化为期望速度前置角的求解,能够更好地适应拦截弹大范围速度变化,结合比例导引设计了动态逆控制器实现对期望速度前置角的有效跟踪。同时构建了集群半实物仿真系统,在三种不同场景下进行了集群半实物仿真试验。试验结果表明,本文所提算法能够有效提高多拦截弹集群的同时命中效果,验证了协同制导算法的有效性和鲁棒性。

基于Unity3D的草坪毯修补机器人半物理仿真系统

机电一体化纺织机械的研发普遍存在现场调试工作量大、周期长及成本高等问题,针对目前主流仿真软件存在的三维展示效果差,或实时性不足,或无法连接机械电子软件进行综合仿真等缺点,研究设计了一套半物理仿真系统。基于Unity3D虚拟现实引擎搭建了仿真平台,以仿真电路板为载体,实现了虚拟机械与控制系统间数据的实时交互;以草坪毯自动修补机器人为仿真对象,证明该半物理仿真系统具有较好的实时性及三维展示效果;通过输出修补机器人关键结构的运动时序图、空间轨迹图,验证了修补机器人机电系统的工艺仿真可行性,可替代部分现场调试工作,减少工作量、缩短研发周期、节约成本,提高设备的研发效率。

基于Unity3D的卷绕机半物理仿真系统研究

机电一体化产品在研发过程中普遍面临现场调试工作量大、周期长和成本高等问题,而且目前主流的仿真软件功能较为单一。因此,研究设计了一套兼具实时性和三维展示效果、能够连接机械电子软件的半物理仿真系统。其以卷绕机为仿真对象,利用Unity3D搭建虚拟仿真平台,通过电路板实现虚拟仿真平台与控制系统间数据的实时交互。通过输出卷绕过程中关键结构的运动时序和空间轨迹图,验证了卷绕机机电系统的工艺仿真可行性。研究结果表明,该系统可替代部分现场调试工作,提高研发效率。

半实物仿真实验在电气类专业教学中的实践与思考

电气类专业开展半实物仿真实验是培养学生实践能力的一种新模式。分析新工科背景下电气类专业教学中普遍存在的问题,采用半实物仿真实验开展实践教学探索。实践表明,半实物仿真实验可有效提高学生解决复杂工程问题的能力和科研创新能力,是新工科背景下人才培养的新途径。

基于半实物仿真工厂的化工制图课程思政和美育探析

针对新工科背景下高校教育的首要任务及化工制图课程教学中目前所存在的主要问题,文章以学校所建立的半实物仿真智慧工厂为基础,参照案例式教学方法,积极探索课程教学改革。根据课程教学内容特点,将其进行模块化改革,突显各模块之间的区别和联系,提高课程教学内容的逻辑性。通过理论联系实际,深入挖掘各教学模块中所蕴藏的思政和美育元素,将各元素有机融入课程教学内容中,实现课程教学与五育协同并进,从而完成立德树人这一根本任务。实践教学表明,这种改革激发了学生的学习兴趣,提高了学习效率,为新时代卓越工程师的培养奠定了基础。

基于线性化模型组的无人直升机半物理实时仿真技术研究

针对无人直升机非线性动力学模型的建模难度大、置信度低及不利于进行系统仿真验证问题展开研究。首先介绍了无人直升机的线性化模型组并围绕其开展非线性模型线性化处理研究;接着阐述基于线性化模型组的实时仿真算法及计算流程;最后设计了基于线性化模型组的半物理仿真环境,完成实时仿真软件、仿真监控软件及FlightGear通信设计并通过仿真验证。结果表明,基于线性化模型组半物理实时仿真系统能够很好地满足工程需求,达到了预期的研究目标。

电液阀故障气动半实物仿真平台设计

针对阀口独立电液阀故障诊断与状态感知功能开发需求,设计搭建了一种基于高速开关阀与低惯量气缸驱动的高频阀芯-电磁铁加载与故障半实物仿真试验平台,并对试验台性能进行了初步测试。该仿真平台通过PWM信号驱动高速开关阀控制双作用气缸活塞杆位移与输出力,调控加载于阀芯比例电磁铁的模拟工况,实现电液阀阀内故障的半实物模拟。试验平台基于ARM平台建立,集成了场效应驱动电路与位移传感器、拉压力传感器与电流传感器等感知元件,可完成对模拟工况下阀芯的动态特征的捕捉。初步试验结果表明,通过设置不同PWM驱动信号可实现阀芯加载力调节、实现阀芯卡滞模拟,验证了平台功能。

地铁永磁直驱牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真研究

文章以地铁永磁直驱系统为对象,具体阐述了牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真系统的设计与实现过程,首先建立地铁永磁直驱牵引传动系统主电路的“CPU+现场可编程门阵列(FPGA)”模型,将其与车载牵引控制器(TCU)实物进行联合调试仿真,并通过对比仿真结果与地面联调试验数据进行验模,仿真结果与设计目标转矩的相对误差满足±5%的要求;然后联合车辆动力学模型,搭建牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真平台,通过牵引传动模型对车辆动力学模型施加电机转矩,并将车辆运行速度反馈给牵引传动模型,实现牵引传动和动力学的动态协同仿真。结果表明,车辆动力学响应可反映电机转矩脉动的影响,计算结果的频率成分更加丰富,更加符合真实情况,与单学科仿真相比更加具有优势。